JP3848538B2

JP3848538B2 - Ozone generator

Info

Publication number: JP3848538B2
Application number: JP2000603974A
Authority: JP
Inventors: ボルグストロム，ヤン
Original assignee: オゾネイター・リミテッド
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2020-03-03
Also published as: HK1046676A1; ZA200107076B; SE9900781L; ID30456A; EP1165435B1; NO20014269D0; DK1165435T3; EP1165435A1; KR20010102504A; NO20014269L; ES2251979T3; BG105947A; JP2003503293A; EE200100471A; IS6032A; CZ294645B6; RS49785B; YU63201A; HU228019B1; US6726885B2

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は、誘電体を亙って高電圧の高周波数交流電流に酸素を曝すことによりオゾンを発生させるオゾン発生器及びその方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
オゾンは、強力な酸化性を有しており、水を殺菌するため、好ましくは稀釈して使用される。例えば、環境又は健康にとって有害な物質を分解し又は除去すると共に、水から不快な匂いを除去する目的のため廃水を処理することができ、また、水質を改良する目的のため飲料水を前処理することができる。例えば、製紙業界の晒し剤、空気浄化の目的、及び有機化学にて特定の酸化反応を行わせるといったようなその他の適用分野も存在する。
【０００３】
酸素と混合させたオゾンは、酸素ガス又は酸素濃度の高いガスを放電に通すことにより製造される。これにより酸素ガス又は酸素濃度の高いガスは、オゾン発生器すなわちオゾン製造機内のチャンバーを通って流れるようにされる。このチャンバーは、その間にて放電が生じる同一の軸線を有する２本の管により又は直列のプレートの何れかにより境界が形成される。本明細書において、スペース及びチャンバーという表現は、同一のもの、すなわち排出される酸素ガス又は酸素濃度の高いガスがオゾンに変換される、オゾン発生器内の場所を表わすものとして使用される。
【０００４】
最初に説明した型式のオゾン発生器は、極めて大型で且つスペースを要し、更に、製造及び保守が難しく且つコストがかかる工業目的用である。第二の型式のオゾン発生器は、より経済的で且つ必要スペースが少ないが、特定の密封及び強度上の問題点があり、最適には作動しない。
【０００５】
オゾン発生器に関係する１つの問題点は、酸素ガス又は酸素濃度の高いガスの形態をした酸素がオゾンに変換されるチャンバーは、誘電材料、すなわち誘電体にて形成された、少なくとも１つの境界面を有することに関連するものである。この誘電体は、高電圧の電極と接地との間に放電時にコロナを発生させる目的にて利用され、全体として、セラミック又はガラス材料から成っている。例えばガス供給源を係合又は非係合状態にしたとき、装置内の圧力ショックに起因するような、チャンバーに供給されたガスの高圧力及び無視できない程の圧力の変化は、セラミックに大きい応力を発生させ、その結果、セラミックに亀裂が生じる危険性がある。
【０００６】
別の問題点は、上記誘電体とチャンバーの反対側の境界面との間にシール部材が必要とされることに関連し、この対向面は全体として電気的接地を形成する。このシール部材には、高いガス圧力及び圧力ショックが作用する。更に、オゾンは特に反応性であり、これにより、一般のゴムガスケットは破断して漏洩を生じ易いため、オゾン発生器の有効寿命及び信頼性にとって密封は問題である。
【０００７】
オゾン発生器の具体的な一例としての実施の形態は、多数の出版物すなわち以下の文献に記載されている。
このように、米国特許第５，３５４，５４１号には、ら旋状のばね電極１２と、該電極１２を取り巻く誘電材料の管１４と、接地し且つ冷却した管状の第二の電極１５とを備える管状のオゾン発生器が記載されている。第二の電極１５と管１４との間には、オゾン発生のため画成された環状チャンバー１６がある。オゾン発生のため環状チャンバー１６にのみ酸素を供給することは、一側部で行われ、これにより、開始時、圧力の影響も一側部にのみ生じる。作動中、外部から管１４に対して圧力の影響が常に存在し、この圧力の影響は、作動中に生ずるであろう圧力ショックにより瞬間的に変化する。これらは全て構造体に大きい応力を生じさせ且つ損傷及び漏洩の虞れを大きくする。
【０００８】
米国特許第４，９６０，５７０号において、誘電材料から成る管３、８、代替的に、誘電材料の外側被覆を有する管を備える、複雑で且つ材料を要するオゾン発生器が記載されている。これらの管３、８は、１つの電極を構成する金属膜４を内部に有しており、交互に、管３の内部の別個の電極１０を示す。これらの管３は、冷却された２本の平坦な外部電極１、２の間に配置されている。オゾン発生のためスペースすなわちチャンバー６、１１は、管３とプレート電極１、２との間に設けられ、また、多分、管の内部と電極１０との間で管３内に設けられるであろう。誘電材料の細部３、８と冷却した電極１、２との間のスペース６にオゾン発生のため酸素が供給される様子や、その結果、供給された酸素からの圧力又は作動中に生ずる圧力ショックによってこれらの細部が影響される様子はこの出版物からは明らかでない。
【０００９】
国際出願第９７０１５０７号を通じて、誘電材料から成る２つのプレート２を備え、その２つのプレートの間には、糸又は網状の電極３が配置され、その電極３の上方には、高電圧の高周波数交流電流が印加され、プレート２の外部には、接地及び冷却された電極４が存在する、オゾン発生器が既知である。オゾン発生のためのスペースは、プレート２とフレーム３´との間に画成されている。該オゾン発生器は、オゾン発生のためのスペースの内部から圧力の作用に曝され、これにより、プレート２は、分離し勝ちとなる。圧力ショック時、瞬間的に、この圧力の影響は増大する可能性がある。オゾン発生器の損傷及び密封上の問題という大きな危険性が存する。プレート２の外部には、オゾン発生のためのスペースは全く存在しない。
【００１０】
最後に、米国特許第５，４３５，９７８号において、説明した２つの電極１を有し、オゾン発生のためのスペース２を間欠的に形成する平坦なオゾン発生器も存在する。それぞれの電極１上には、誘電材料の層が付与される。オゾン発生のための内部スペース２内の圧力を補償するため、加圧ガスが供給される圧力容器内に配置することにより、外部圧力がオゾン発生器に付与される。しかし、オゾン発生器の作動中に生じる圧力ショックに起因する瞬間的な圧力差は、取り扱うことが難しい。これらが生じたとき、損傷の虞れは大きい。
【００１１】
フランス、リリーにて１９９５年５月１５−１８日に開催された第１２回世界オゾン会議（ｔｈｅ１２^th ＷｏｒｌｄＯｚｏｎｅＣｏｎｇｒｅｓｓ）にてＶｏｌ．２、５１−５８ページの三菱電機株式会社のＭ．クズモト、Ｙ．タバタ及びＳ．ヤギによる「静粛な放電により極めて狭小な空隙内での高密度オゾンの発生（ＨｉｇｈＤｅｎｓｉｔｙＯｚｏｎｅＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＩｎａＶｅｒｙＮａｒｒｏｗＧａｐＢｙＳｉｌｅｎｔＤｉｓｃｈａｒｇｅ）」に更に別のオゾン発生器の設計が示されている。この提案された設計には、セラミックプレートと接地電極との間に薄い円形の一側部放電チャンバーが開示されている。チャンバーへのガス入口は、チャンバーの周縁に配置される一方、出口は、接地電極の穴を通じてチャンバーの中央に配置されている。セラミックプレートは、チャンバーの反対側部にて、未知の型式の応力障壁プレートに対して座す一方、該応力障壁プレートは金属プレートに隣接している。この応力障壁プレートに向けて、セラミックプレートは、金属層にて被覆されており、このことは、高電圧の電極を形成することになる。チャンバーの深さは、その内部に配置された金属スペーサによって画定され、また、該チャンバーは半径方向に延びる支持要素を備えている。
【００１２】
【発明の目的】
本発明の１つの目的は、従来技術に伴う問題点を解決するオゾン発生器及びオゾン発生方法を提供することである。この目的の１つの面は、動力を増大させ且つ既知のオゾン発生器と比較して変換効率を向上させ、更に、供給されたガスの過圧力及び装置の作動中に生ずる圧力ショックに起因する損傷又は効率の劣化が装置の構成要素に生ずるのを防止すべく簡単、コンパクトで且つより経済的な設計を使用することである。
【００１３】
この目的の更なる面は、ガスチャンバーの境界面に亙って均一な圧力分配をもたらす設計を提供することである。
本発明の別の面は、誘電体と反対側の境界面との間に配置されたシール部材をオゾンの反応性作用の結果としての磨耗から保護し得るようにされた設計を提供することである。
【００１４】
【発明の概要】
本発明の第一の面によれば、高電圧の電極及び電気的隔離要素、好ましくは誘電体要素が接続され、上記の誘電体要素及び接地電極により画成されたチャンバーが存在する装置を備える、この目的のための上述したオゾン発生器Ｂが提供される。本発明は、第一の面によれば、圧力平衡状態で作動するように配置され、これにより、上記チャンバー内の圧力変化が上記装置の両側部に等しい力にて作用し得るように配置されたオゾン発生器であることを特徴としている。
【００１５】
本発明の第二の面によれば、高電圧の電極と、該高電圧の電極の両側部に配置された第一及び第二の誘電体要素とを備えるオゾン発生器が提供される。これらの誘電体要素は、第一及び第二の接地電極に対してそれぞれ密封接続状態に配置された上記の高電圧の電極の両側に配置され、これにより、各接地電極は、それぞれ、上記第一及び第二の誘電体要素に向けて、第一及び第二の密封チャンバーの境界を形成するように配置されている。より具体的には、本発明の第三の面によれば、２つの均一な密封チャンバーの中央に高電圧の電極が配置され、各チャンバーは、一つの側面において誘電体要素により前記高電圧の電極に対して境界が形成され、他の側面において接地電極により境界が形成されるオゾン発生器が提供される。オゾン発生器に対するこの構成において、敏感な誘電体要素は、両側部から等しいガス圧力及びガス圧力の変化に曝され、これにより圧力は均等とされる。
【００１６】
第四の面によれば、高電圧の電極と、誘電体とを備え、該誘電体は中間の無端のシール部材とともに反対壁に対して密封チャンバーの境界を形成する、オゾン発生器が提供される。第四の面によれば、本発明は、チャンバーの外側部分に形成されて、上記シール部材に隣接して無端状態に延びるリセス部を備え、該リセス部内にて、上記チャンバーへの入口が現れ、これにより、チャンバーはその中央部分よりも上記リセス部にてより深いことを特徴とする。好ましくは、オゾンを排出することを目的とする、上記チャンバーからの出口は、オリフィスがチャンバーの中央部分にあるように配置されるようにする。この配置により、供給された酸素ガス又は酸素濃度の高いガスは、ガスが拡散するための抵抗が最小である上記リセス部を最初に充填し、その後に、チャンバーの中央部分に向けて拡散するようにされる。均一なガス流の場合、その流れは、入口及び出口の位置に起因して、チャンバーの周縁からその中央に向けられ、シール部材近くでチャンバーを最初に充填する酸素は、そのシール部材をチャンバー内で発生されたオゾンから保護する。
【００１７】
本発明の１つの好ましい実施の形態によれば、オゾン発生器は、少なくとも２つの誘電材料のプレートとこれらのプレートの間に設けられた電極にして高電圧の高周波数交流電流が印加可能である電極を一体に結合した圧力補償の導入ユニットと、上記ユニットの両側部におけるオゾン発生のための２つの密封スペースとを備え、これにより、各密封スペースは、誘電材料のプレートと反対側において、接地及び冷却された電極により境界が画され、この電極を通って、酸素ガス又は酸素濃度の高いガスがこのスペースに供給され、このスペースからオゾンが排出される。
【００１８】
この配置により、必要なスペースが僅かであり、例えば、高電圧の高周波数交流電流が印加可能である誘電材料のプレート及び電極を備えるユニットにて、損傷又は密封上の問題を生ぜずに、依然として高効率を有するコンパクトな設計が得られる。その理由は、このユニットは、２つの両側部から過圧力及び圧力ショックの双方の影響を同時に受け、また、その形態により、これら過圧力及び圧力ショックをそれぞれ強制して、互いに補償する、すなわち等しくなるようにするからである。装置の作動中に開始することのできる、上記過圧力及び圧力ショックを補償することは、装置に安定性をもたせ、これにより装置の交換効率を向上させることになる。
【００１９】
本発明は、また、第五の面によれば、酸素又は酸素濃度の高いガスを第一のチャンバーに供給するステップと、誘電体を亙って接地電極まで第一のチャンバー内で放電させる目的のため、高電圧の高周波数交流電流を高圧電極に印加するステップとを備える、オゾン発生方法にも関する。この方法は、上記誘電体を備えるコンパクトなユニットの両側部に等しい程度作用するように強制されるガス圧力によって、供給されたガスの圧力変化が補償されることを特徴とする。この場合、コンパクトとは、それ自体の間でユニットに内蔵された構成要素が中間スペース無しで機械的に接続され、これにより、ユニットは、非圧縮可能な本体を実質的に構成することを意味するものとする。
【００２０】
より正確には、本発明の第六の面によれば、酸素ガス又は酸素濃度の高いガスを、圧力下において、共通の供給源から２つの均一な密封チャンバー内に導入するステップを備え、該チャンバーは、一つのユニットによって互いに境界が形成され、このユニットは、２つの誘電体要素と、該誘電体要素の間の高電圧の電極とを備え、高電圧の高周波数交流電流が上記高電圧の電極に印加され、これにより、チャンバー内の排出するガスは、上記高電圧の電極と別個の接地電極との間の放電によってオゾンに変換され、接地電極の各々は、それぞれ、それぞれの誘電体要素の反対側にてそれぞれ１つのチャンバーの境界を形成する、オゾン発生方法が提供される。
【００２１】
本発明によるオゾン発生装置の更なる利点及び特徴は、添付図面に関して以下に完全に説明する。
【００２２】
【好ましい実施の形態の詳細な説明】
図１及び図２を参照すると、オゾン発生のための装置、オゾン発生装置、すなわちオゾン発生器が第一の好ましい実施の形態にて概略図的に図示されている。
【００２３】
特に、図２から明らかであるように、上記オゾン発生装置内でオゾンを発生させる密封スペースすなわちチャンバー１は、一側面においては、誘電材料、好ましくはセラミック、ガラス又は同様の材料、のプレート２により境界が形成され、その反対側面においては、例えばアルミニウム、ステンレス鋼等から成る、好ましくは熱伝導率に優れる点でアルミニウムから成る、接地及び冷却された電極３により境界が形成されている。例えば、アルミニウム、銅又は別の導電性材料から成る電極４であって、高電圧の高周波数交流電流が印加可能である電極４は、誘電材料のプレート２の前記密封したスペース／チャンバー１と反対側に配置される。誘電材料のプレート２及び各電極３、４は、総て、上記の目的に適した寸法及び形状とされる。実施の形態に述べられた詳細は、例えば、略正方形の四辺形プレート形状であるが、このプレートは、また、矩形、円形、三角形、五角形、六角形等にすることもできる。
【００２４】
オゾン発生器を簡単で且つ経済的な方法で設計するため、二重の効果を有する本発明によれば、誘電材料から成る第二のプレート２´は、電極４に対して、誘電材料から成る第一のプレート２と反対側に配置され、この電極４には、高電圧の高周波数交流電流が印加可能となっている。フォイル又は薄板金属の形態であることが好ましい電極４は、誘電材料プレート２、２´の間に適当にクランプされるか、又は例えばプレート２、２´の一方又は双方にスクリーン印刷されてプレート上に一種の被覆を形成するが、例えば図１及び図２のようなプレート形状を有する他の適当な設計のものとしてもよい。交流電流源に接続するための必要な接続部材は図示されていない。電極４の実施の形態と関係なく、スペース「パケット」を殆ど必要としないコンパクトなユニットが本発明に従って提供され、このユニットは、電極４と、誘電材料から成る２つのプレート２、２´とから成り、反対方向に作用する２つの外部圧力に抵抗し、その圧力を吸収し且つこれら圧力を互いに強制的に補償し、等しくなるようにする能力を備えている。誘電材料から成る第二のプレート２´は、上記第二のプレート２´と対向する位置に配置された第二の接地及び冷却された電極３´と共に、オゾンを発生させるための第二の密封スペース１´の画成する。
【００２５】
接地及び冷却された電極３、３´は、接地されたブロック、好ましくは上述した金属の１つにより形成され、また、作動中その必要な冷却を実現し得るように冷却媒質又は冷却媒質用の管路（図示せず）を有する。接地及び冷却された電極３、３´内で、すなわち、上記金属ブロックには、好ましくはそれぞれの密封したスペース１、１´に対し酸素ガス又は酸素濃度の高いガスを供給するため形成された入口及び出口手段、好ましくは入口通路５、５´と、オゾンをそれぞれのスペース１、１´から運び出すそれぞれの出口通路６、６´とを更に備えている。それぞれ酸素ガス又は酸素濃度の高いガス及びオゾンに対するこれらの通路５、５´、６、６´は、次のようにして上記金属ブロック３、３´に形成される。すなわち、金属ブロックが他の構成要素と共にオゾン発生器に組み立てられたとき、通路５、５´は互いに対し実質的に反対方向に延び、通路６、６´は互いに対し反対方向に、すなわち互いに対し鏡像状態に延びる。これにより、酸素ガス又は酸素濃度の高いガスは、オゾン発生器の密封したスペース１、１´内に、各スペースの略同一箇所から流れ込み、同様に、各スペースの略同一箇所から流れ出す。
【００２６】
オゾンガス又は酸素濃度の高いガスがオゾン発生器の中央に配置された密封スペース内に導入される既知のオゾン発生器の実施形態の幾つかにおいて（例えば、上述した国際出願第９７０１５０７号参照）、しばしば誘電材料として使用されるセラミック材料は、例えばセラミック材料のプレートの間で発生した過圧力に起因して亀裂を生じ、接地及び冷却された電極（金属ブロック）に向けてプレートを外方に押し付けたり、又は密封されたスペースに対するシール部材が破断したり、接着剤ラインが剥がれたりする等のことが生じやすい。
【００２７】
異なる方向から酸素ガス又は酸素濃度の高いガスが供給される二重密封式のスペース又はチャンバー１、１´を有する本発明のオゾン発生装置の実施形態は、酸素ガス又は酸素濃度の高いガスの加圧及び圧力ショックによりそれぞれ発生された圧力差に起因する誘電材料のプレート２、２´の損傷のおそれを解消する。これは、プレート２、２´に対し２つの方向から同時に圧力を付与することにより、または、プレートが中間の電極４と共に圧力補償可能に形成される結果、上記異なる方向から加えられた圧力が、例えば圧力ショックに起因して変化するときに、互いに補償し等しくなることにより、達成される。誘電材料から成るプレート２、２´及び中間電極４は、例えば、協働して上記圧力補償を行う構成要素を更に含む圧力補償導入装置内の１つから必要な支持体を実現する必要がある。プレート２、２´及び中間電極４は、また、例えば、上述したところに従って、上記の構成要素の間に何ら内部スペースを有しない圧力補償の導入装置となるように接続することで、必要な支持体を提供することもでき、また、電極４は、プレート形状を有するとき、図１及び図２に図示するような中実体に形成し、又は、例えば、多かれ少なかれ有孔のプレートとして形成してもよい。酸素ガス又は酸素濃度の高いガスがスペース１、１´に供給されるとき、プレート２、２´は互いに押し付けられる。オゾン発生装置の上記の実施の形態は、１５００ｋＰａ（１５バール）に近い圧力にて酸素ガス又は酸素濃度の高いガスを供給することを許容し、その結果、効率が向上し且つより大きい収率となる。圧力補償の導入装置は、また、装置に寄与し、変換効率が向上した状態でより安定的な作動が得られるようにする。
【００２８】
誘電材料のプレート２、２´と、接地及び冷却された電極３、３´により、それぞれ境界が形成された各密封スペース１、１´は、また、それぞれプレート２、２´と電極３、３´との間を延びる少なくとも１つの無端のシール部材７により境界が形成される（図２参照）。最適な密封効果を実現するため、シール部材は、例えば、シリコーンゴムのようなオゾンに対して比例的に抵抗性のある弾性材料で出来たＯリング７から成ることが好ましい。誘電材料から成るプレート２、２´及び接地及び冷却された電極３、３´は、それぞれシール部材と圧力によってのみ接触し且つその長手方向に向けて互いに対しある程度まで可動である。この目的に適した配置は既知と考えられるので、本明細書ではより詳細には説明も図示もしない。これと代替的に、シール部材７は、部分２、３及び２´、３´により画成される密封スペース１、１´において、形成又は配置するようにしてもよい。それぞれのシール部材７の外側には、好ましくはポリテトラフルオルエチレン又はポリテトラフルオルエチレン状材料のような非導電性材料から成る少なくとも１つのリング１０であることが適当であり、このリングは、密封したスペース１、１´内の圧力に起因してシール部材が外方に移動するのを防止すると共に、電極３、３´及び４との間にて、及びその端縁部分に沿った方向への火花を防止する。
【００２９】
上記の説明から明らかであるように、プレート２、２´は、誘電体として機能する。電極４が交流電流源に接続され、電極３、３´がアースに接続されると、プレート２、２´を貫いて放電が生ずる。交流電流における適当な電圧は、６，０００乃至３０，０００Ｖの範囲にあることが好ましい一方、交流電流の周波数は、２乃至１００ｋＨｚの範囲にあることが好ましい。この放電の結果として、密封したスペース１、１´内の酸素の一部はオゾンに変換される。収率は、オゾン発生装置からの通路６を通って流れるガスの容積の約２０％に達する。
【００３０】
通路５、５´を介して高圧力にてオゾン発生器の密封したスペース１、１´内に伝達される酸素ガス又は酸素濃度の高いガスは、密封したスペース１、１´を通ってオゾンに対する出口通路６（図１に一点鎖線の矢印で図示）に向けて不規則に流れ、又はスペースを通る螺旋状経路内を進む。酸素ガス又は酸素濃度の高いガス、及びオゾンに対する通路（図示せず）は、この目的のため、各密封スペース１、１´内に形成され、最適なオゾンの発生のため所望の形状を持たせることができる。２つの密封したスペース１、１´を有する、図面１、図２に図示した実施の形態において、これらの通路は、互いに対して略反対方向に、すなわち鏡像にて延びるように配置されることが好ましい。酸素ガス又は酸素濃度の高いガスの流入によって誘電材料のプレート２、２´に作用する圧力は、これにより、密封したスペース１、１´の双方に同様に分配され、それ自体に反作用する。
【００３１】
誘電材料のプレート２、２´に対する適当な作動温度は、約２０℃であるが、より高温度も許容される。しかし、熱に変換される供給された電気エネルギの約８０％は冷却しなければならない。これは、接地及び冷却された電極３、３´、すなわち冷却媒質を有するか又は冷却媒質を持つ通路を有する金属ブロックを介して行われることが好ましい。
【００３２】
平滑な面を有する接地及び冷却された電極３、３´のプレート２、２´と、少なくとも１つの無端のシール部材７とにより画成された、オゾンを発生させる上述の密封スペース１、１´の場合、スペースの厚さは、主として、スペースの周りのシール部材の厚さに依存する。何らかの理由のため、上記密封スペース１、１´のより大きい容積が望まれるならば、これは、例えば、各接地及び冷却された電極３、３´について、密封スペースの境界を形成する側部にリセス部８を設けることにより、容易に実現可能である。このように、図１及び図２には、本発明によるオゾン発生装置の好ましい実施の形態が図示されており、そのそれぞれスペース１、１´は主として上記リセス部８により形成され、該リセス部の寸法は、スペースの主要部分がリセス部により画成され、スペースの寸法（厚さ）の主要部分がリセス部の深さにより画成される程度に設定される。
【００３３】
オゾンの発生を最適にするためには、電極の間の放電にて実現されるいわゆるコロナ効果が可能な限り均一であるようにすること、すなわち、誘電体及び酸素の存在を介して放電が生ずる全表面に亙って均一に分配されるようにする必要がある。一方、このためには、上記誘電体と接地電極との間には均一な距離が必要とされる。
【００３４】
このため、最適なオゾンの発生を実現し、しかも冷却効果を向上させるため、本発明の１つの実施の形態には、コロナ効果を促進する構造体９が設けられ、この構造体は、電極３、３´、４の間の放電を促進する設計とされており、また、図１及び図２に図示した実施の形態にて密封したスペース１、１´の双方に配置され又は形成される（図２を参照することが好ましい）。１つの実施の形態にて、上記構造体は主として網９として形成される。所望の均一な距離を実現するため、ステンレス鋼で出来ていることが好ましい網９は、接地及び冷却された電極３、３´に隣接してそれぞれの密封スペース１、１´内、すなわち図示した実施の形態においてそのリセス部８内に配置された別個の部分にて構成される。これと代替的に、この網は、直接、接地及び冷却された電極３、３´それぞれの表面（例えば、リセス部８の底部）に直接形成してもよく、このリセス部は密封したスペース１、１´に面し且つ該スペースの境界を画する。網構造体は、例えば、押し抜き加工、フライス削り、エッチング又はレーザによる切断によって上記面に形成することができる。構造体が接地電極の表面に形成される１つの実施の形態は、別個の構造体９を有する実施の形態と比較して、オゾン発生器内により少ない部品を備える、より簡単な構造であることを意味する。
【００３５】
上述したオゾン発生装置は、オゾンの製造を更に向上させることが望まれるならば、同一型式の１つ以上の他の装置を各装置の積層体のマニホルドを有する装置に取り付けることができる。かかる取り付けを容易にし、しかも本発明による１つの代替的な実施の形態を許容するため、図１及び図２に図示した実施の形態の特定の改変が可能であり、例えば、その２つの両側部にリセス部８と、誘電材料プレート２、２´の上述した相応する配置を有し、また、上記接地及び冷却された電極の両側部にて交流電流源に接続される電極４とを備える接地及び冷却された電極３、３´の１つ以上を形成することが可能である。このように、必要とされ又は所望であるとき、誘電材料の更なるプレートを、接地及び冷却された電極３の側部に配置し、又は図１及び図２に図示した実施の形態において、その反対側部に、すなわち、密封したスペース１、１´を画成する側と反対側の接地及び冷却された電極３、３´に配置し、それぞれの更なるプレートと接地及び冷却された電極との間にて更なる密封スペースが画成され、また、高電圧の高周波数交流電流が印加可能な第二の電極を上記１つの又は２つ以上の更なる密封スペースと反対側のそれぞれの更なる誘電材料のプレートの側に配置することができる。
【００３６】
更なる拡張が為されないならば、誘電材料のプレート２及び電極４に対する支持体が必要である。
更に、勿論本発明によるオゾン発生装置の上述した更なる実施の形態は、１つ又は２つ以上の接地及び冷却された電極の両側部に上記リセス部が存在せずに形成することも可能であることを理解すべきである。
【００３７】
図３及び図４において、本発明の第二の好ましい実施の形態が図示されており、この第二の実施の形態は、多くの面にて、図１及び図２に図示した第一の実施の形態に類似している。同一の又は相応する部品を説明するとき、図１及び図２にて使用した参照番号と同一の番号を図３及び図４にて使用する。
【００３８】
このように、図３において、高電圧の高周波数交流電流が印加可能である、高電圧の電極４を有するオゾン発生器が図示されている。この高電圧の電極は、その両側部にて上記高電圧の電極４の上に誘電体要素２、２´が取り付けられることが好ましい第一及び第二の誘電体要素２、２´の間に配置されている。図３において、それぞれの誘電体要素２、２´は、高電圧の電極４の位置を明確に示す目的のためにのみ高電圧の電極４からある距離にて図示されている。第一の誘電体要素２は、高電圧の電極４のその反対側部にて、酸素ガス又は酸素濃度の高いガスからオゾンを発生させ得るようにされたチャンバー１を画成する。第一の接地電極３は、第一の誘電体要素２のチャンバー１の反対側で第一のチャンバー１を画成する。これに相応して、第二の誘電体要素２´は、高電圧の電極４の反対側部にて第二のチャンバー１´を画成し、該第二のチャンバー１´が第一のチャンバー１に対して均一である。第二の接地電極３´は、上記第二の誘電体要素２´のチャンバー１´の反対側部にて上記第二のチャンバー１´を画成する。接地電極３、３´の各々において、酸素ガス又は酸素濃度の高いガスに対する共通の供給源に接続し得るようにされた入口通路５、５´がそれぞれ配置されている。更に、出口通路６、６´は、接地電極３、３´内にそれぞれ配置される。該出口通路がオゾンを排出し得るようにされている。チャンバー１、１´の各々は、それぞれその境界を画する誘電体要素２、２´の間にあり、接地電極３、３´は、それぞれ無端状態に延びるシール部材７、７´により密封されている。このため、各シール部材７、７´に対し、密封リセス部１１、１１´はそれぞれ接地電極３、３´内に配置されている。更に、支持リング１０が上記シール部材７、７´の外側で上記接地電極３、３´の間に配置され、上記支持リング１０に対し、外側リセス部１２、１２´に対しそれぞれの接地電極３、３´が配置されている。
【００３９】
図３及び図４に図示した上記第二の実施の形態は、２つの面にて、図１及び図２に図示した第一の実施の形態と相違する。例えば、第二の実施の形態は、内部リセス部１３、１３´がそれぞれの密封リセス部１１、１１´内で直ちに無端状態に延びるそれぞれの接地電極３、３´内に配置されることを特徴とする。このように、これらの内部リセス部１３、１３´は、それぞれのチャンバー１、１´内に配置され、それぞれのチャンバー内で該チャンバーのそれぞれの中央部分よりも深い深さを有する周縁部分を画成する。
【００４０】
図３及び図４から明確に明らかであるように、上記入口通路５、５´は、それぞれこれらの内部リセス部１３、１３´内のそれぞれのチャンバー１、１´に現れる。この構造により、チャンバー１、１´に供給される、ガス、好ましくは酸素ガスは、流れ抵抗はそれぞれのチャンバー１、１´の比較的より浅い中央部分の内方よりも比較的より深いリセス部１３、１３´の方が小さいため、最初に、上記内部リセス部１３、１３´を充填するように運ばれる。それまでそれぞれのチャンバー１、１´の中央に配されたそれぞれの出口通路６、６´に向けてガスが流れないから、チャンバーの全周から多少なりともチャンバーに亙る均一な圧力分配が実現される。更に、新鮮なガスは、それぞれのリセス部１３、１３´内に連続的に供給され、これにより、それぞれのシール部材７、７´とそれぞれのチャンバー１、１´内で発生されたオゾンとの間に障壁を形成し、該オゾンは、チャンバーがそれぞれの出口通路６、６´に向けて流れ易くなる。オゾンの比較的反応性の特徴は、シール部材７、７´が破損する虞れがあることを意味するから、この障壁効果は、特に好都合である。このため、シール部材に隣接して延びる内部リセス部と、上記リセス部内に現れる入口通路と、チャンバーの中央部分内に現れる出口通路とを有する構造は、抵抗を増し且つ製品の有効寿命を保証する。
【００４１】
図３及び図４に図示した実施の形態の別の特徴は、図４に図示した円形の形状である。この図において、接地電極３は、チャンバー１に面する側から示してある。入口通路５及び出口通路６が現れる箇所にて、接地電極３の異なるリセス部１１、１２、１３は、接地電極の外周に多数の同心状円を形成することが明確に理解される。内部リセス部１３を最初に充填する供給されたガスは、その後、等しく長い距離にわたって出口通路６まで流れ、その結果、チャンバー１全体に圧力が均一に分配されることになる点で、この円形の形状は好都合である。円形の形状に続く隅部が存在しないことは、また、ガス圧力が高圧のときに好都合である。
【００４２】
シール部材７、７´をオゾンから保護し得るようにされたリセス部１３、１３´は、勿論、例えば、図１に図示するような、円形以外の異なる形状のオゾン発生器にて具体化可能である。
【００４３】
図１及び図２に図示した実施の形態に従って、接地電極３、３´は、例えば、それぞれのチャンバー１、１´に面する接地電極３、３´の面に網パターンを配置した、コロナ効果の促進機構の構造とすることができる。また、第一の実施の形態のその他の上記に説明した特徴は、勿論、第二の実施の形態にても適用可能である。このことは、例えば、高電圧の電極４及び誘電体要素２、２´の設計及び接地電極３、３´の冷却、また、更なるガスチャンバーを画成し得るように配置された両側部式接地電極３、３´の実施の形態にも当て嵌まる。
【００４４】
本発明の図３のこの実施の形態は、図２の場合と同様に、誘電体要素２に作用する応力、及び主として酸素ガス又は酸素濃度の高いガスを入口通路５、５´に供給すべくオゾン発生器に接続されたガス供給装置内のガス圧力の変化に起因する応力を低下させる設計とされている。この解決策は、物理上の基本的原理の１つ、すなわち、圧力の補償を許容する構造によりその応力を低下させ又は解消することが可能であるという原理に基づくものである。図面に図示した実施の形態によれば、共通の供給源から２つの均一な密封チャンバー１、１´の圧力下にて運ばれる酸素ガス又は酸素濃度の高いガスによりこの圧力補償が実現され、それらの間のこれらのチャンバーは、２つの誘電体要素２、２´とそれら誘電体要素間の高電圧の電極とを備えるユニットにより画成される。このように、ガス供給装置から生ずる圧力の変化は、２つの対向するチャンバー１、１´内に等しい圧力変化を生じさせ、これにより、チャンバーの間に配置されたユニットに作用する力は何ら発生されない。
【００４５】
両側チャンバーは、そのそれぞれの入口通路５、５´及び出口通路６、６´が上記ユニットの両側部の相応する位置に配置されているため、供給される高圧力に対して比較的影響を受けないオゾン発生器が得られる。
【００４６】
オゾン発生器をガス供給装置に適宜に接続するためには、入口通路５、５´は、図３に図示するように、同一側に配置されることが好ましい。入口通路及び出口通路の双方が接地電極３、３´の側からアクセス可能であるから、第二の実施の形態に従って積層されたオゾン発生器の積重ね体からより大型のオゾン発生器装置を容易に形成することができる。
【００５２】
当該技術分野の当業者には、上記の説明から、本発明による装置は、本発明の着想及び目的から逸脱せずに、特許請求の範囲内で改変し且つ変更することが可能であることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるオゾン発生器の第一の好ましい実施の形態の概略図的な斜視図である。
【図２】図１によるオゾン発生器の概略図的な長手方向断面図である。
【図３】本発明によるオゾン発生器の第二の好ましい実施の形態の概略図的な断面図である。
【図４】そのチャンバーの内部から見た、図３によるオゾン発生器の一部分の概略図である。[0001]
FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ozone generator and method for generating ozone by exposing oxygen to a high-voltage, high-frequency alternating current across a dielectric.
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION
Ozone has strong oxidizing properties and is preferably used diluted to disinfect water. For example, waste water can be treated for the purpose of decomposing or removing substances harmful to the environment or health, removing unpleasant odors from the water, and pre-treatment of drinking water for the purpose of improving water quality can do. There are other applications such as bleaching agents in the paper industry, air purification purposes, and specific oxidation reactions in organic chemistry.
[0003]
Ozone mixed with oxygen is produced by passing oxygen gas or a gas having a high oxygen concentration through discharge. Thereby, oxygen gas or gas with high oxygen concentration is allowed to flow through a chamber in an ozone generator, that is, an ozone production machine. This chamber is bounded either by two tubes having the same axis between which a discharge occurs, or by a series of plates. In the present specification, the expressions space and chamber are used to denote the same place, i.e. the location within the ozone generator where the exhausted or highly oxygenated gas is converted to ozone.
[0004]
The ozone generator of the type described at the outset is for industrial purposes which is very large and requires space, and which is difficult and expensive to manufacture and maintain. The second type of ozone generator is more economical and requires less space, but has certain sealing and strength problems and does not work optimally.
[0005]
One problem associated with ozone generators is that the chamber in which oxygen in the form of oxygen gas or oxygen-rich gas is converted to ozone is at least one boundary formed of a dielectric material, ie a dielectric. It is related to having a face. This dielectric is used for the purpose of generating a corona during discharge between a high-voltage electrode and ground, and is entirely made of a ceramic or glass material. For example, when the gas supply is engaged or disengaged, the high pressure of the gas supplied to the chamber and a non-negligible change in pressure, such as due to pressure shocks in the device, can cause large stress As a result, there is a risk of cracking in the ceramic.
[0006]
Another problem is associated with the need for a seal member between the dielectric and the opposite interface of the chamber, which generally forms an electrical ground. High gas pressure and pressure shock act on the seal member. Further, ozone is particularly reactive, which causes seals to be a problem for the useful life and reliability of ozone generators, as common rubber gaskets are susceptible to breakage and leakage.
[0007]
Specific exemplary embodiments of ozone generators are described in numerous publications, namely:
Thus, US Pat. No. 5,354,541 discloses a helical spring electrode 12, a dielectric material tube 14 surrounding the electrode 12, and a grounded and cooled tubular second electrode 15. A tubular ozone generator is described. Between the second electrode 15 and the tube 14 is an annular chamber 16 defined for ozone generation. Supplying oxygen only to the annular chamber 16 for ozone generation takes place on one side, so that at the start, the effect of pressure also occurs only on one side. During operation, there is always a pressure effect on the tube 14 from the outside, and this pressure effect changes instantaneously due to the pressure shock that will occur during operation. All of these create large stresses on the structure and increase the risk of damage and leakage.
[0008]
U.S. Pat. No. 4,960,570 describes a complex and material-intensive ozone generator comprising tubes 3, 8 of dielectric material, alternatively, tubes having an outer coating of dielectric material. These tubes 3 and 8 have a metal film 4 constituting one electrode inside, and alternately show separate electrodes 10 inside the tube 3. These tubes 3 are arranged between two cooled outer flat electrodes 1 and 2. A space or chamber 6, 11 for ozone generation is provided between the tube 3 and the plate electrodes 1, 2 and possibly in the tube 3 between the interior of the tube and the electrode 10. . The manner in which oxygen is supplied to the space 6 between the dielectric material details 3 and 8 and the cooled electrodes 1 and 2 to generate ozone, and consequently the pressure from the supplied oxygen or the pressure shock that occurs during operation It is not clear from this publication that these details are affected by
[0009]
Through International Application No. 9701507, two plates 2 made of dielectric material are provided, between which the thread or mesh electrode 3 is arranged, above which the high frequency of high voltage Ozone generators are known in which an alternating current is applied and on the outside of the plate 2 there are grounded and cooled electrodes 4. A space for generating ozone is defined between the plate 2 and the frame 3 '. The ozone generator is exposed to the action of pressure from the inside of the space for ozone generation, which makes it easier for the plate 2 to separate. During a pressure shock, the effect of this pressure can increase instantaneously. There is a great risk of ozone generator damage and sealing problems. There is no space for ozone generation outside the plate 2.
[0010]
Finally, there is also a flat ozone generator having the two electrodes 1 described in US Pat. No. 5,435,978 and intermittently forming a space 2 for ozone generation. On each electrode 1 a layer of dielectric material is applied. In order to compensate the pressure in the internal space 2 for generating ozone, an external pressure is applied to the ozone generator by disposing it in a pressure vessel to which pressurized gas is supplied. However, instantaneous pressure differences due to pressure shocks that occur during operation of the ozone generator are difficult to handle. When these occur, the risk of damage is great.
[0011]
The 12th World Ozone Conference (the 12th) held on 15-18 May 1995 in Lily, France ^th World Ozone Congress) Vol. 2, pages 51-58. Kuzmoto, Y. Tabata and S. Yet another ozone generator design is shown in Goat “High Density Ozone Generation In a Very Narrow Gap By Silent Discharge” by Quiet Discharge. This proposed design discloses a thin circular one-sided discharge chamber between the ceramic plate and the ground electrode. The gas inlet to the chamber is located at the periphery of the chamber, while the outlet is located in the center of the chamber through a hole in the ground electrode. The ceramic plate sits against the unknown type of stress barrier plate on the opposite side of the chamber, while the stress barrier plate is adjacent to the metal plate. Towards this stress barrier plate, the ceramic plate is coated with a metal layer, which forms a high voltage electrode. The depth of the chamber is defined by a metal spacer disposed therein, and the chamber includes a support element extending radially.
[0012]
OBJECT OF THE INVENTION
One object of the present invention is to provide an ozone generator and an ozone generation method that solve the problems associated with the prior art. One aspect of this purpose is to increase power and improve conversion efficiency compared to known ozone generators, as well as damage due to overpressure of the supplied gas and pressure shocks that occur during operation of the device. Or use a simple, compact and more economical design to prevent degradation of efficiency in the components of the device.
[0013]
A further aspect of this objective is to provide a design that provides uniform pressure distribution across the gas chamber interface.
Another aspect of the present invention is to provide a design adapted to protect the seal member disposed between the dielectric and the opposite interface from wear as a result of the reactive action of ozone. is there.
[0014]
Summary of the Invention
According to a first aspect of the present invention, there is provided an apparatus in which a high voltage electrode and an electrical isolation element, preferably a dielectric element, are connected and a chamber defined by the dielectric element and the ground electrode is present. An ozone generator B as described above for this purpose is provided. According to a first aspect, the present invention is arranged to operate in a pressure equilibrium state, so that the pressure change in the chamber can act on both sides of the device with equal force. It is characterized by being an ozone generator.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an ozone generator comprising a high voltage electrode and first and second dielectric elements disposed on opposite sides of the high voltage electrode. The dielectric elements are disposed on both sides of the high voltage electrode disposed in a sealed connection with respect to the first and second ground electrodes, respectively. The first and second dielectric elements are arranged to form a boundary between the first and second sealed chambers. More specifically, according to the third aspect of the present invention, a high voltage electrode is disposed in the middle of two uniform sealed chambers, each chamber having a high voltage electrode by a dielectric element on one side. An ozone generator is provided in which a boundary is formed with respect to the electrode and is bounded by a ground electrode on the other side. In this configuration for an ozone generator, sensitive dielectric elements are exposed to equal gas pressure and changes in gas pressure from both sides, thereby equalizing the pressure.
[0016]
According to a fourth aspect, there is provided an ozone generator comprising a high voltage electrode and a dielectric that forms a sealed chamber boundary with the opposite wall along with an intermediate endless seal member. The According to a fourth aspect, the present invention includes a recess portion formed in an outer portion of the chamber and extending in an endless state adjacent to the seal member, and an entrance to the chamber appears in the recess portion. This is characterized in that the chamber is deeper in the recess than in the central part. Preferably, the outlet from the chamber, aimed at exhausting ozone, is arranged such that the orifice is in the central part of the chamber. With this arrangement, the supplied oxygen gas or the gas having a high oxygen concentration fills the recess portion having the minimum resistance for gas diffusion, and then diffuses toward the central portion of the chamber. To be. In the case of a uniform gas flow, the flow is directed from the periphery of the chamber to its center due to the location of the inlet and outlet, and the oxygen that initially fills the chamber near the seal member causes the seal member to enter the chamber. Protect from ozone generated in
[0017]
According to one preferred embodiment of the present invention, the ozone generator is capable of applying a high voltage, high frequency alternating current as at least two plates of dielectric material and electrodes provided between the plates. A pressure compensating introduction unit with electrodes joined together and two sealed spaces for ozone generation on both sides of the unit, so that each sealed space is grounded on the opposite side of the plate of dielectric material A boundary is defined by the cooled electrode, and oxygen gas or a gas having a high oxygen concentration is supplied to the space through the electrode, and ozone is discharged from the space.
[0018]
This arrangement requires little space and still does not cause damage or sealing problems, for example in units with plates and electrodes of dielectric material that can be applied with high voltage, high frequency alternating current. A compact design with high efficiency is obtained. The reason is that this unit is simultaneously affected by both overpressure and pressure shock from the two sides, and depending on its configuration, each of these overpressure and pressure shocks is forced to compensate for each other, ie equal It is because it becomes. Compensating for the overpressure and pressure shock that can be initiated during operation of the device provides stability to the device, thereby improving the replacement efficiency of the device.
[0019]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a step of supplying oxygen or a gas having a high oxygen concentration to the first chamber, and discharging the dielectric to the ground electrode in the first chamber. Therefore, the present invention also relates to an ozone generation method comprising: applying a high-voltage high-frequency alternating current to a high-voltage electrode. This method is characterized in that the pressure change of the supplied gas is compensated by the gas pressure forced to act to the same extent on both sides of the compact unit comprising the dielectric. In this case, compact means that the components contained in the unit are mechanically connected between themselves without any intermediate space, so that the unit substantially constitutes a non-compressible body. It shall be.
[0020]
More precisely, according to the sixth aspect of the present invention, the method comprises introducing oxygen gas or a gas with high oxygen concentration from a common source into two uniform sealed chambers under pressure, The chamber is bounded by one unit, the unit comprising two dielectric elements and a high voltage electrode between the dielectric elements, where a high voltage high frequency alternating current is the high voltage The gas discharged from the chamber is converted into ozone by discharge between the high voltage electrode and a separate ground electrode, and each of the ground electrodes is respectively a dielectric material. An ozone generation method is provided that forms one chamber boundary each on the opposite side of the element.
[0021]
Further advantages and features of the ozone generator according to the invention are explained fully below with reference to the accompanying drawings.
[0022]
[Detailed Description of Preferred Embodiments]
Referring to FIGS. 1 and 2, an apparatus for generating ozone, an ozone generator, i.e. an ozone generator, is schematically illustrated in a first preferred embodiment.
[0023]
In particular, as is apparent from FIG. 2, the sealed space or chamber 1 for generating ozone in the ozone generator is in one aspect made up of a plate 2 of dielectric material, preferably ceramic, glass or similar material. A boundary is formed on the opposite side by a grounded and cooled electrode 3 made of, for example, aluminum, stainless steel or the like, preferably aluminum in terms of excellent thermal conductivity. For example, the electrode 4 made of aluminum, copper or another conductive material, to which a high voltage, high frequency alternating current can be applied, is opposite to the sealed space / chamber 1 of the plate 2 of dielectric material. Placed on the side. The dielectric material plate 2 and the electrodes 3 and 4 are all sized and shaped for the purpose described above. The details described in the embodiment are, for example, a substantially square quadrilateral plate shape, but this plate can also be rectangular, circular, triangular, pentagonal, hexagonal, etc.
[0024]
In order to design the ozone generator in a simple and economical way, according to the invention having a double effect, the second plate 2 ′ made of dielectric material is made of dielectric material with respect to the electrode 4. Arranged on the opposite side of the first plate 2, a high-frequency, high-frequency alternating current can be applied to the electrode 4. The electrode 4, preferably in the form of a foil or sheet metal, is suitably clamped between the dielectric material plates 2, 2 ′ or, for example, screen printed on one or both of the plates 2, 2 ′ and on the plate However, other suitable designs having a plate shape as shown in FIGS. 1 and 2, for example, may be used. The necessary connection members for connecting to the alternating current source are not shown. Regardless of the embodiment of the electrode 4, a compact unit requiring little space "packets" is provided according to the invention, which unit consists of the electrode 4 and two plates 2, 2 'made of dielectric material. It has the ability to resist two external pressures acting in opposite directions, absorb the pressures and force them to compensate and equalize each other. A second plate 2 'made of a dielectric material, together with a second grounded and cooled electrode 3' disposed opposite the second plate 2 ', provides a second seal for generating ozone. Space 1 'is defined.
[0025]
The grounded and cooled electrode 3, 3 'is formed by a grounded block, preferably one of the metals mentioned above, and for the cooling medium or cooling medium so that it can achieve its required cooling during operation. It has a pipeline (not shown). In the grounded and cooled electrode 3, 3 ', ie the metal block, preferably an inlet formed for supplying oxygen gas or a gas with high oxygen concentration to the respective sealed space 1, 1'. And outlet means, preferably inlet passages 5, 5 'and respective outlet passages 6, 6' for carrying ozone out of the respective spaces 1, 1 '. These passages 5, 5 ′, 6, 6 ′ for oxygen gas or gas with high oxygen concentration and ozone are formed in the metal blocks 3, 3 ′ as follows. That is, when the metal block is assembled with the other components into the ozone generator, the passages 5, 5 'extend in a substantially opposite direction relative to each other, and the passages 6, 6' are in an opposite direction relative to each other, ie relative to each other. Extends to the mirror image state. Thereby, oxygen gas or gas with a high oxygen concentration flows from substantially the same location of each space into the spaces 1, 1 ′ sealed by the ozone generator, and similarly flows out from substantially the same location of each space.
[0026]
In some of the known ozone generator embodiments in which ozone gas or a gas with a high oxygen concentration is introduced into a sealed space located in the center of the ozone generator (see, for example, International Application No. 9701507 mentioned above), often Ceramic materials used as dielectric materials can crack, for example, due to overpressure generated between the plates of ceramic material, pressing the plates outward against grounded and cooled electrodes (metal blocks) Or the sealing member with respect to the sealed space is easily broken or the adhesive line is peeled off.
[0027]
An embodiment of the ozone generator of the present invention having a double-sealed space or chamber 1, 1 ′ to which oxygen gas or oxygen-rich gas is supplied from different directions is used to add oxygen gas or oxygen-rich gas. The possibility of damaging the dielectric material plates 2, 2 'due to pressure differences generated by pressure and pressure shock, respectively, is eliminated. This is because pressure is applied to the plates 2 and 2 'from two directions at the same time, or the plate is formed so as to be pressure-compensated with the intermediate electrode 4, so that the pressure applied from the different directions is This is achieved, for example, by compensating and equaling each other when changing due to pressure shock. The plates 2, 2 'and the intermediate electrode 4 made of dielectric material, for example, need to realize the required support from one in the pressure compensation introduction device further comprising components that cooperate to perform the pressure compensation. . The plates 2, 2 ′ and the intermediate electrode 4 can also be connected in such a way as to be a pressure-compensation introduction device without any internal space between the above-mentioned components, for example as described above. The body can also be provided, and when the electrode 4 has a plate shape, it can be formed into a solid body as illustrated in FIGS. 1 and 2, or, for example, as a more or less perforated plate Also good. When oxygen gas or a gas with a high oxygen concentration is supplied to the spaces 1, 1 ′, the plates 2, 2 ′ are pressed against each other. The above embodiment of the ozone generator allows to supply oxygen gas or gas with high oxygen concentration at a pressure close to 1500 kPa (15 bar), resulting in improved efficiency and higher yield. Become. The device for introducing pressure compensation also contributes to the device so that more stable operation can be obtained with improved conversion efficiency.
[0028]
Each sealed space 1, 1 ′ bounded by a dielectric material plate 2, 2 ′ and grounded and cooled electrodes 3, 3 ′, respectively, also comprises plates 2, 2 ′ and electrodes 3, 3, respectively. A boundary is formed by at least one endless seal member 7 extending between the two ends (see FIG. 2). In order to achieve an optimal sealing effect, the sealing member is preferably composed of an O-ring 7 made of an elastic material that is proportionally resistant to ozone, such as silicone rubber. The plates 2, 2 ′ made of dielectric material and the grounded and cooled electrodes 3, 3 ′ are in contact with the sealing member only by pressure and are movable to some extent relative to each other in the longitudinal direction. Arrangements suitable for this purpose are considered known and will not be described or illustrated in greater detail herein. Alternatively, the sealing member 7 may be formed or arranged in a sealed space 1, 1 ′ defined by the parts 2, 3 and 2 ′, 3 ′. Appropriately on the outside of each sealing member 7 is at least one ring 10, preferably made of a non-conductive material, such as polytetrafluoroethylene or polytetrafluoroethylene-like material. Prevents the seal member from moving outward due to the pressure in the sealed space 1, 1 ′ and between the electrodes 3, 3 ′ and 4 and along the edge portion thereof Prevent sparks in the direction.
[0029]
As is clear from the above description, the plates 2, 2 'function as a dielectric. When the electrode 4 is connected to an alternating current source and the electrodes 3, 3 'are connected to ground, a discharge occurs through the plates 2, 2'. An appropriate voltage in the alternating current is preferably in the range of 6,000 to 30,000 V, while the frequency of the alternating current is preferably in the range of 2 to 100 kHz. As a result of this discharge, some of the oxygen in the sealed spaces 1, 1 ′ is converted to ozone. The yield reaches about 20% of the volume of gas flowing through the passage 6 from the ozone generator.
[0030]
Oxygen gas or gas with a high oxygen concentration transmitted into the sealed space 1, 1 ′ of the ozone generator at high pressure via the passages 5, 5 ′ passes through the sealed space 1, 1 ′ with respect to ozone. It flows irregularly towards the exit passage 6 (indicated by the dashed-dotted arrow in FIG. 1) or travels in a spiral path through the space. A passage (not shown) for oxygen gas or a gas with high oxygen concentration and ozone is formed in each sealed space 1, 1 'for this purpose and has a desired shape for optimal ozone generation. be able to. In the embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2 having two sealed spaces 1, 1 ′, these passages may be arranged to extend in a substantially opposite direction relative to each other, ie in a mirror image. preferable. The pressure acting on the dielectric material plate 2, 2 ′ by the inflow of oxygen gas or oxygen-rich gas is thereby distributed equally to both sealed spaces 1, 1 ′ and reacts to itself.
[0031]
A suitable operating temperature for the dielectric material plates 2, 2 'is about 20 ° C, although higher temperatures are acceptable. However, about 80% of the supplied electrical energy converted to heat must be cooled. This is preferably done via grounded and cooled electrodes 3, 3 ′, ie a metal block having a cooling medium or having a passage with a cooling medium.
[0032]
The above-mentioned sealed space 1, 1 'for generating ozone, defined by a plate 2, 2' of grounded and cooled electrodes 3, 3 'having a smooth surface and at least one endless sealing member 7 In this case, the thickness of the space mainly depends on the thickness of the sealing member around the space. If for some reason a larger volume of the sealed space 1, 1 ′ is desired, this is, for example, on the side that forms the boundary of the sealed space for each grounded and cooled electrode 3, 3 ′. By providing the recess portion 8, it can be easily realized. 1 and 2 show a preferred embodiment of the ozone generator according to the present invention, and the spaces 1, 1 'are mainly formed by the recess portion 8, respectively. The dimension is set such that the main part of the space is defined by the recess part and the main part of the space dimension (thickness) is defined by the depth of the recess part.
[0033]
In order to optimize the generation of ozone, the so-called corona effect realized in the discharge between the electrodes is made as uniform as possible, ie the discharge occurs through the presence of dielectric and oxygen. It needs to be evenly distributed over the entire surface. On the other hand, for this, a uniform distance is required between the dielectric and the ground electrode.
[0034]
For this reason, in order to achieve optimal ozone generation and improve the cooling effect, one embodiment of the present invention is provided with a structure 9 that promotes the corona effect. 3 'and 4 are designed to promote the discharge between them, and are arranged or formed in both the sealed spaces 1, 1' in the embodiment shown in FIGS. Reference is preferably made to FIG. In one embodiment, the structure is formed primarily as a net 9. In order to achieve the desired uniform distance, the mesh 9, preferably made of stainless steel, is adjacent to the grounded and cooled electrodes 3, 3 ', in the respective sealed spaces 1, 1', ie as shown. In the embodiment, it is constituted by a separate part arranged in the recess 8. Alternatively, the mesh may be formed directly on the surface of each grounded and cooled electrode 3, 3 ′ (for example, the bottom of the recess 8), the recess being a sealed space 1. Facing 1 'and demarcating the space. The net structure can be formed on the surface by, for example, punching, milling, etching or laser cutting. One embodiment in which the structure is formed on the surface of the ground electrode is a simpler structure with fewer parts in the ozone generator compared to an embodiment with a separate structure 9 Means.
[0035]
The ozone generator described above can be fitted with one or more other devices of the same type in a device having a manifold of each device if it is desired to further improve the production of ozone. In order to facilitate such attachment and to allow one alternative embodiment according to the present invention, certain modifications of the embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2 are possible, for example the two sides thereof A ground 8 comprising a recess 8 and a corresponding arrangement of the dielectric material plates 2, 2 ′ as described above, and electrodes 4 connected to an alternating current source on both sides of the ground and cooled electrode. And it is possible to form one or more of the cooled electrodes 3, 3 ′. Thus, when required or desired, a further plate of dielectric material is placed on the side of the grounded and cooled electrode 3, or in the embodiment illustrated in FIGS. Located on the opposite side, i.e. the ground and cooled electrode 3, 3 'opposite the side defining the sealed space 1, 1', with each further plate and grounded and cooled electrode And a second electrode to which a high-voltage, high-frequency alternating current can be applied is connected to each of the other electrodes opposite to the one or more additional sealed spaces. Can be placed on the side of the plate of dielectric material.
[0036]
If no further expansion is made, a support for the dielectric material plate 2 and electrode 4 is required.
Furthermore, of course, the above-described further embodiments of the ozone generator according to the invention can also be formed without the recesses on both sides of one or more grounded and cooled electrodes. It should be understood.
[0037]
3 and 4, a second preferred embodiment of the present invention is illustrated, which in many respects is the first implementation illustrated in FIGS. It is similar to the form. When describing identical or corresponding parts, the same reference numbers used in FIGS. 1 and 2 are used in FIGS.
[0038]
Thus, FIG. 3 shows an ozone generator having a high voltage electrode 4 to which a high voltage, high frequency alternating current can be applied. This high voltage electrode has a dielectric element 2, 2 'between the first and second dielectric elements 2, 2', preferably mounted on the high voltage electrode 4 on both sides. Has been placed. In FIG. 3, each dielectric element 2, 2 ′ is shown at a distance from the high voltage electrode 4 only for the purpose of clearly indicating the position of the high voltage electrode 4. The first dielectric element 2 defines, on the opposite side of the high voltage electrode 4, a chamber 1 adapted to generate ozone from oxygen gas or a gas with a high oxygen concentration. The first ground electrode 3 defines the first chamber 1 on the opposite side of the first dielectric element 2 from the chamber 1. Correspondingly, the second dielectric element 2 ′ defines a second chamber 1 ′ on the opposite side of the high voltage electrode 4, which is the first chamber. 1 is uniform. The second ground electrode 3 ′ defines the second chamber 1 ′ on the opposite side of the second dielectric element 2 ′ from the chamber 1 ′. In each of the ground electrodes 3, 3 ′, inlet passages 5, 5 ′ are arranged which can be connected to a common source for oxygen gas or a gas with a high oxygen concentration. Further, the outlet passages 6 and 6 'are arranged in the ground electrodes 3 and 3', respectively. The outlet passage is adapted to discharge ozone. Each of the chambers 1, 1 ′ is between dielectric elements 2, 2 ′ that delimit each of the chambers 1, and the ground electrodes 3, 3 ′ are respectively sealed by seal members 7, 7 ′ extending in an endless state. Yes. For this reason, the sealing recess portions 11 and 11 ′ are arranged in the ground electrodes 3 and 3 ′, respectively, with respect to the sealing members 7 and 7 ′. Further, a support ring 10 is disposed between the ground electrodes 3 and 3 ′ outside the seal members 7 and 7 ′, and with respect to the support ring 10, the respective ground electrodes 3 with respect to the outer recess portions 12 and 12 ′. 3 'are arranged.
[0039]
The second embodiment shown in FIGS. 3 and 4 differs from the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in two aspects. For example, the second embodiment is characterized in that the internal recess portions 13 and 13 ′ are disposed in the respective ground electrodes 3 and 3 ′ that immediately endlessly extend in the respective sealed recess portions 11 and 11 ′. And As described above, these internal recess portions 13 and 13 ′ are arranged in the respective chambers 1 and 1 ′, and define a peripheral portion having a depth deeper than the central portion of the chamber in each chamber. To do.
[0040]
As is clear from FIGS. 3 and 4, the inlet passages 5, 5 ′ appear in the respective chambers 1, 1 ′ in the internal recesses 13, 13 ′, respectively. With this structure, the gas, preferably oxygen gas, supplied to the chambers 1, 1 ′ has a recess portion whose flow resistance is relatively deeper than the inside of the relatively shallow central portion of each chamber 1, 1 ′. Since 13 and 13 'are smaller, they are first transported so as to fill the internal recess portions 13 and 13'. Until then, gas does not flow toward the respective outlet passages 6 and 6 ′ arranged in the center of the respective chambers 1 and 1 ′, so that a uniform pressure distribution over the entire chamber is realized. The In addition, fresh gas is continuously supplied into the recesses 13 and 13 ', whereby the seal members 7 and 7' and the ozone generated in the chambers 1 and 1 '. A barrier is formed between the chambers to facilitate the flow of the chamber towards the respective outlet passages 6, 6 '. This barrier effect is particularly advantageous because the relatively reactive feature of ozone means that the sealing members 7, 7 'can be damaged. For this reason, a structure having an internal recess portion extending adjacent to the seal member, an inlet passage appearing in the recess portion, and an outlet passage appearing in the central portion of the chamber increases resistance and ensures the useful life of the product. .
[0041]
Another feature of the embodiment illustrated in FIGS. 3 and 4 is the circular shape illustrated in FIG. In this figure, the ground electrode 3 is shown from the side facing the chamber 1. It is clearly understood that where the inlet passage 5 and the outlet passage 6 appear, the different recesses 11, 12, 13 of the ground electrode 3 form a number of concentric circles on the outer periphery of the ground electrode. The supplied gas that initially fills the inner recess 13 then flows to the outlet passage 6 over an equally long distance, resulting in a uniform distribution of pressure throughout the chamber 1. The shape is convenient. The absence of a corner following the circular shape is also advantageous when the gas pressure is high.
[0042]
Of course, the recesses 13 and 13 'adapted to protect the sealing members 7 and 7' from ozone can be embodied by, for example, ozone generators having different shapes other than a circle as shown in FIG. It is.
[0043]
In accordance with the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the ground electrodes 3, 3 ′ are, for example, corona effects in which a mesh pattern is arranged on the surfaces of the ground electrodes 3, 3 ′ facing the respective chambers 1, 1 ′. The structure of the promotion mechanism of The other features described above of the first embodiment can of course be applied to the second embodiment. This is for example the design of the high-voltage electrode 4 and the dielectric elements 2, 2 'and the cooling of the ground electrodes 3, 3' as well as the double-sided arrangement arranged to define a further gas chamber. This also applies to the embodiment of the ground electrodes 3, 3 '.
[0044]
This embodiment of FIG. 3 of the present invention, like the case of FIG. 2, is intended to supply stresses acting on the dielectric element 2 and mainly oxygen gas or a gas with a high oxygen concentration to the inlet passages 5, 5 '. It is designed to reduce the stress caused by changes in gas pressure in the gas supply device connected to the ozone generator. This solution is based on one of the basic physical principles, i.e. the principle that the stress can be reduced or eliminated by a structure allowing pressure compensation. According to the embodiment illustrated in the drawings, this pressure compensation is realized by oxygen gas or gas with high oxygen concentration carried from a common source under the pressure of two uniform sealed chambers 1, 1 ′. These chambers between are defined by a unit comprising two dielectric elements 2, 2 'and a high voltage electrode between the dielectric elements. Thus, the pressure change resulting from the gas supply device causes an equal pressure change in the two opposing chambers 1, 1 ′, thereby generating any force acting on the unit located between the chambers. Not.
[0045]
The two-sided chambers are relatively sensitive to the high pressure supplied, since their respective inlet passages 5, 5 'and outlet passages 6, 6' are arranged at corresponding positions on both sides of the unit. No ozone generator is obtained.
[0046]
In order to properly connect the ozone generator to the gas supply device, the inlet passages 5 and 5 'are preferably arranged on the same side as shown in FIG. Since both the inlet passage and the outlet passage are accessible from the ground electrode 3, 3 ′ side, a larger ozone generator device can be easily formed from the stack of ozone generators stacked according to the second embodiment. Can be formed.
[0052]
Those skilled in the art can now appreciate from the foregoing description that the apparatus according to the invention can be modified and varied within the scope of the claims without departing from the spirit and purpose of the invention. it is obvious.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a first preferred embodiment of an ozone generator according to the present invention.
2 is a schematic longitudinal sectional view of the ozone generator according to FIG. 1;
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a second preferred embodiment of an ozone generator according to the present invention.
4 is a schematic view of a portion of the ozone generator according to FIG. 3 as viewed from inside the chamber.

Claims

With high voltage electrodes arranged between two identical corona chambers (1, 1 ′), each chamber bounded by a dielectric element (2, 2 ′) on one side to said high voltage electrodes In the flat plate type ozone generator in which the opposite side to the dielectric element (2, 2 ′) is bounded by one of the second electrodes (3, 3 ′), respectively,
Each of the second electrodes is a ground electrode made of a metal block that forms one boundary of the chamber with respect to an opposing dielectric element, and the metal block includes a defined gas inlet for the chamber. A passage (5, 5 ') and a gas outlet passage (6, 6'), and a coolant passage for cooling the ground electrode;
The ozone generator is characterized in that the high voltage electrode is disposed so as to be in direct contact with the dielectric element, thereby forming a substantially flat unit .

Each sealed chamber (1, 1 ') is defined by a seal member (7, 7') extending endlessly between the dielectric element (2, 2 ') and the ground electrode (3, 3'). The ozone generator according to claim 1.

The ozone generator according to claim 2, wherein the seal member is an O-ring (7, 7 ').

The ozone generator according to claim 2, wherein the high-voltage electrode and the dielectric element are constituted by substantially flat members.

The ozone generator according to claim 4, wherein the unit is fixed by a ground electrode that applies pressure to the seal member.

Recess portions (13, 13 ′ in FIG. 3) that extend endlessly adjacent to the seal members (7, 7 ′ in FIG. 3) in each chamber, respectively, on the ground electrodes (3, 3 ′ in FIG. 3). The ozone generator according to claim 2, wherein the inlet passage (5, 5 'in FIG. 3) is formed in the recess.

A ring (10 in FIG. 3) made of an electrically insulating material is disposed outside each seal member (7, 7 ′ in FIG. 3) to protect the outside of each chamber from sparks. The ozone generator according to any one of claims 2 to 6.

The seal member (7, 7 'in FIG. 3) extends in an annular shape between each dielectric element (2, 2') and the ground electrode (3, 3 'in FIG. 3), thereby connecting the chambers to the disk The ozone generator according to claim 2, wherein the ozone generator is defined in a shape.

The inlet passage (5, 5 ′ in FIG. 3) opens in the vicinity of the seal member at the peripheral portion of each chamber (1, 1 ′ in FIG. 3), and the outlet passage opens in the center of each chamber. The ozone generator according to claim 2.

A recess portion (13, 13 'in FIG. 3) extends concentrically inside the seal member at the peripheral portion of the chamber and is formed in the ground electrode, and the inlet passage opens into the recess portion. The ozone generator according to claim 9.

The ozone generator according to claim 1, characterized in that the high-voltage electrode (4) is formed or arranged as a metal coating on one or both of the dielectric elements (2, 2 ').

The ozone generator according to claim 1, wherein the high voltage electrode is made of a metal foil or a metal sheet.

A part of each chamber (1, 1 'in Fig. 2) is formed in a sealed state by a recess (8 in Fig. 2) formed in each ground electrode. The ozone generator according to 1.

A control passage for the flow of oxygen gas or oxygen rich gas is formed in each sealed chamber (1, 1 ') to direct the gas flow in a predetermined direction in the chamber. The ozone generator according to 1.

The structure (9 in FIG. 2) is arranged or formed in each sealed chamber, and this structure is connected to each chamber (from the high voltage electrode (4) via the dielectric (2, 2 ′)). 1. The ozone generator according to claim 1, wherein the ozone generator is formed so as to promote generation of a corona effect in a discharge reaching the ground electrode (3, 3 ′) in the first, 1 ′).

The ozone generator according to claim 15, wherein the structure is mainly formed as a net member (9 in Fig. 2).

17. An ozone generator according to claim 15 or claim 16, wherein the structure (9 in Fig. 2) consists of a separate part arranged in each sealed chamber (1, 1 ').

3. The structure (9 in FIG. 2) in each sealed chamber (1, 1 ′ in FIG. 2) is a pattern formed on each ground electrode (3, 3 ′). The ozone generator according to claim 15 or 16.